【JUC】i++ 源码详解

发表于2021-10-21更新于2021-10-21字数统计764阅读时长4分阅读次数

字节码自增指令

自增操作对应的JVM字节码为 iinc。下面逐个分析 i++ 操作和 ++i操作的字节码指令。

i++

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public static void main(String[] args) {
    int i = 0;
    int a = i++;
}

上述代码的字节码解析：

  • iconst_0：将数字 0 入操作数栈
  • istore_1：弹出操作数栈顶元素 0 并存储到局部变量表索引位置为1的变量（此时操作数栈为空）
  • iload_1：从局部变量表中加载索引位置1的元素（0）到操作数栈（目的是备份一下i 自增前的值，待自增结束后再赋值给 a）
  • iinc 1 by 1：首先读取局部变量表中 i 的值，再进行加一操作，最后存储加一后的值1到索引位置 1，重新赋给了 i（该指令没有原子性）
  • istore_2：将操作数栈顶的元素 0（第三步存储的）赋值给局部变量表中的 a

所以最终结果就是，a 的值等于 0。而到这这一结果的根本原因是因为：在给 a 赋值前先从局部变量表中 load了 i 加一前的值，并在最后将该值又赋给了 a，所以造成了 i++ 后 a 的值等于 i 加一前的值。

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注意：iinc 1 by 1这条指令虽然在JVM层面只是一条命令，但是其在最底层的CPU层面却是包含了三个步骤：

  1. 读取：从局部变量表中读取 i 的值
  2. 累加：将该值进行加一
  3. 保存：将加一后的值保存回局部变量表中

其中的一条指令可以保证是原子操作，但是3条指令合在一起却不是，这就导致了i++语句不是原子操作。

如果在读取操作进行后，当前线程失去了执行权，那么在该线程再一次获取到执行权后，就不会再做一次读取操作，而是直接使用线程切换前读取到的值进行加一，这就导致了高并发下 i++ 操作的结果异常

i--

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public static void main(String[] args) {
    int i = 0;
    int a = ++i;
}

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对比 ++i 和 i++，可以看到二者的区别是：

  • ++i 是先执行 iinc 1 by 1，将 i 的值增加，然后再 iload_1 读取了加一后的 i 值，将该值赋给 a
  • i++ 则是在 iinc 1 by 1 执行前就先把 i 原本的值备份了一份，然后 i 自增后，再将之前备份的值赋给 a

补充：只有局部变量才使用 iinc 指令，如果是调用的成员变量属性++，则不会使用 iinc 指令，其指令更加复杂。先从局部变量表里 load 该值，然后再加一，最后存回局部变量表里去。

多线程场景下 i++ 的问题

情景：两个线程同时对 static int i = 0 进行各自连续100次的 i++ 操作，理想情况下结果为 200，但最极端的情况下，结果为 2。该过程图解：

幻灯片1